RU2531999C1 - Hydrofoil ship faultless careen abatement - Google Patents

Hydrofoil ship faultless careen abatement Download PDF

Info

Publication number
RU2531999C1
RU2531999C1 RU2013109148/11A RU2013109148A RU2531999C1 RU 2531999 C1 RU2531999 C1 RU 2531999C1 RU 2013109148/11 A RU2013109148/11 A RU 2013109148/11A RU 2013109148 A RU2013109148 A RU 2013109148A RU 2531999 C1 RU2531999 C1 RU 2531999C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
angle
roll angle
block
roll
input
Prior art date
Application number
RU2013109148/11A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013109148A (en
Inventor
Генрих Эразмович Острецов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук
Priority to RU2013109148/11A priority Critical patent/RU2531999C1/en
Publication of RU2013109148A publication Critical patent/RU2013109148A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2531999C1 publication Critical patent/RU2531999C1/en

Links

Landscapes

  • Control Of Metal Rolling (AREA)

Abstract

FIELD: transport.
SUBSTANCE: invention relates to ship building, particularly, to careen automatic damping devices. For faultless hydrofoil ship careen abatement measurement the following gadgets are used: flap turn angle transducer unit, careen angle transducer, differentiation angle, flap drive unit, controllers unit, the following signals being fed to inputs of the latter: flap angle deflection and derivative of careen angle evaluation. Besides, this method exploits the ship speed transducer, careen angle transducer, two careen angle evaluation diagnostics units and two careen angle evaluation filters, the following signals being fed to first inputs of the latter: flap deflection angles and ship speed.
EFFECT: higher precision of stabilisation, faultless operation of this system, careen transducer and ship ACS.
1 dwg

Description

Изобретение относится к области судостроения - автоматическому управлению угловым движением судна. Обычно в способах умерения крена судна используют пропорционально-дифференциальный «ПД» закона управления:The invention relates to the field of shipbuilding - automatic control of the angular movement of the vessel. Typically, in the ways of reducing the heel of the vessel using proportional-differential "PD" of the control law:

δ з д = К 1 θ + К 2 d / d t θ                      ( 1 ) ,

Figure 00000001
δ s d = TO one θ + TO 2 d / d t θ ( one ) ,
Figure 00000001

где: θ - сигнал угла крена судна, снимаемый с датчика угла крена,where: θ - roll angle signal of the vessel, taken from the roll angle sensor,

δзд - заданное значение угла перекладки руля.δ rear - the set value of the rudder angle.

Зависимость (1) реализуют в регуляторе для управления рулевым приводом судна (АС СССР №468831, МПК B63b 39/00, приоритет 230474).Dependence (1) is implemented in the controller for controlling the steering gear of the vessel (USSR AS No. 469831, IPC B63b 39/00, priority 230474).

Известна система умерения угла крена с использованием «ПД» закона, реализованная в ЦНИИ «Аврора» в проекте 14310 «Мираж». Способ автоматической стабилизации угла крена базируется на использовании непосредственно измеряемых угловых координат судна (В.М. Корчанов, А.Г. Маковский. Автоматическое управление движением судов. Труды XXXIV Всероссийской конференции по управлению морскими судами и специальными аппаратами. Москва. ИПУ РАН. 2007. Стр.36-40).There is a known system of moderate roll angle using the "PD" law, implemented in the Central Research Institute "Aurora" in project 14310 "Mirage". The method of automatic stabilization of the angle of heel is based on the use of directly measured angular coordinates of the vessel (V.M. Korchanov, A.G. Makovsky. Automatic control of the movement of ships. Proceedings of the XXXIV All-Russian Conference on the Control of Ships and Special Devices. Moscow. IPU RAS. 2007. Page 36-40).

Применение способа умерения качки судна базируется на использовании закона стабилизации крена по зависимости (1), в котором сигнал угла крена - θ формируется датчиком угла крена (измерение угла крена осуществляется с помехой и шумами, что приводит к перегрузкам рулевого привода при волнении на море). Каких-либо мер, повышающих надежность функционирования, особенно создание отказоустойчивости, в этих системах не предусмотрено.The use of the method of moderate rolling of the vessel is based on the use of the roll stabilization law according to dependence (1), in which the roll angle signal θ is generated by the roll angle sensor (roll angle measurement is performed with noise and noise, which leads to overload of the steering gear when the sea is rough). Any measures that increase the reliability of operation, especially the creation of fault tolerance, are not provided for in these systems.

Известен также способ автоматического управления угловым движением судна с применением «ПД» закона управления, который дополнен фильтром для формирования оценок фазовых координат судна (использован закона стабилизации по зависимости (1а) см. патент RU №222.31.97, БИ №4, 2004 г., принятый в качестве прототипа). «Аппаратура автоматического управления движением судна» содержит: датчик и задатчик курсового угла, датчик угла перекладки руля, рулевой привод, дифференциатор, фильтр, формирующий оценки фазовых координат углового движения судна (путевого угла). Сигнал оценки путевого угла с выхода фильтра вводят на вход регулятора-сумматора, к входу сумматора вводится также сигнал угла перекладки руля, с выхода датчика угла перекладки руля. На выходе сумматора формируется сигнал управления угловым движением судна, который вводится на вход рулевого привода. Сигнал оценки угла курса алгебраически суммируют с сигналом угла курса, снимаемого с датчика угла перекладки руля. Разность этих двух сигналов вводят на вход фильтра, на второй вход которого вводят сигнал угла перекладки руля с датчика угла перекладки руля. Таким образом, в рассматриваемом способе управления угловым движением судна формируют следующие сигналы для обеспечения автоматического управления движением судна по заданному углу. В задатчике курсового угла формируют сигнал - ϕзд=f(t), который вводят на вход сумматора, на второй вход которого вводят сигнал оценки угла курса - ϕ. Сигнал оценки - ϕ вводят с фильтра, в котором формируется оценка. На выходе сумматора-регулятора формируют сигнал заданного значения угла перекладки руля - δзд:There is also known a method of automatically controlling the angular movement of a vessel using the “PD” control law, which is supplemented by a filter to generate estimates of the phase coordinates of the vessel (the stabilization law according to dependence (1a) was used, see patent RU No. 222.31.97, BI No. 4, 2004 adopted as a prototype). “Automatic vessel motion control equipment” contains: heading angle sensor and rudder, rudder angle sensor, steering gear, differentiator, filter forming estimates of phase coordinates of the angular motion of the vessel (track angle). The signal for evaluating the path angle from the output of the filter is input to the input of the adder controller, the signal of the rudder angle is also input to the adder input, from the output of the rudder angle sensor. At the output of the adder, a signal is generated to control the angular movement of the vessel, which is input to the input of the steering gear. The course angle estimation signal is algebraically summed with the course angle signal taken from the rudder angle sensor. The difference of these two signals is input to the filter input, to the second input of which the rudder angle signal is inputted from the rudder angle sensor. Thus, in the considered method of controlling the angular movement of the vessel, the following signals are generated to provide automatic control of the movement of the vessel at a given angle. In the heading angle adjuster, a signal is formed - ϕ zd = f (t), which is input to the adder input, to the second input of which a signal for estimating the course angle - ϕ is input. The evaluation signal ϕ is introduced from the filter in which the evaluation is formed. The output of the adder-regulator generates a signal of a given value of the rudder angle - δ rear :

δ з д = К 1 ( ϕ ϕ з д ) + К 2 d / d t ϕ ( 1 a ) ,

Figure 00000002
δ s d = TO one ( ϕ - ϕ s d ) + TO 2 d / d t ϕ ( one a ) ,
Figure 00000002

где ϕ, сигнал оценки угла курса, поступает с фильтра без высокочастотных шумов и помех,where ϕ, the signal for estimating the heading angle, comes from the filter without high-frequency noise and interference,

δзд - сигнал заданного угла перекладки руля (с выхода сумматора, который вводят на вход рулевого привода).δ rear - signal of a given rudder angle (from the output of the adder, which is input to the input of the steering gear).

Таким образом, в рассмотренных способах управления угловым движением судна формируют сигналы для обеспечения автоматического управления движением судна по заданному углу, используют либо зашумленные сигналы (по зависимости (1) непосредственно измеренные датчиком), либо с использованием оценок (1а) (см. патент RU №222.31.97, принятый в качестве прототипа). Достоинством рассматриваемого способа управления движением по углу курса судна, с использованием оценок угловых координат является снижение загрузки рулевого привода при сильном волнении на море. Однако известным способам управления движением судна присущи следующие недостатки:Thus, in the considered methods of controlling the angular movement of the vessel, signals are generated to ensure automatic control of the vessel's movement at a given angle, using either noisy signals (according to dependence (1) directly measured by the sensor), or using estimates (1a) (see patent RU No. 222.31.97, adopted as a prototype). The advantage of the considered method of controlling the movement along the angle of the ship’s course, using estimates of the angular coordinates, is the reduction in the load of the steering gear during heavy seas. However, the known methods of controlling the movement of the vessel have the following disadvantages:

- система управлением движением судна не является отказоустойчивой,- the ship traffic control system is not fault tolerant,

- отсутствуют встроенные средства контроля исправности источников информации,- there are no built-in means of monitoring the health of information sources,

- выход из строя датчиков фазового состояния судна приводит к аварийным ситуациям,- failure of the sensors of the phase state of the vessel leads to emergency situations,

- выход из строя вычислительных сетей обработки входной информации (включая фильтрацию) также приводит к аварийным ситуациям.- failure of computer networks for processing input information (including filtering) also leads to emergency situations.

Техническим результатом предлагаемого способа умерения крена судна является:The technical result of the proposed method of moderate roll of the vessel is:

- введение второго фильтра, второго датчика крена и блока диагностики с коммутацией, что позволило повысить точность стабилизации при одновременном снижении загрузки рулевого привода (при сильном морском волнении);- the introduction of a second filter, a second roll sensor and a diagnostics unit with switching, which made it possible to increase the stabilization accuracy while reducing the load on the steering gear (with strong sea waves);

- осуществлять контроль исправности системы умерения качки судна и перестраивать архитектуру системы автоматического управления движением (САУД) при выходе из строя датчика крена или сбое в сети формирования оценок угла крена (включая сбой в фильтре). Внедрение предлагаемого технического результата позволяет отнести такую систему умерения качки судна к разряду отказоустойчивой.- to monitor the health of the ship’s moderate rolling system and rebuild the architecture of the automatic motion control system (SAUD) in case of a roll sensor failure or a failure in the network for generating roll angle estimates (including a filter failure). The implementation of the proposed technical result allows us to attribute such a system of moderate rolling of the vessel to the category of fault-tolerant.

Технический результат - построение способа отказоустойчивого управления угловым движением судна достигается благодаря введению:The technical result - the construction of a method of fault-tolerant control of the angular movement of the vessel is achieved through the introduction of:

- системы контроля исправности измерительного канала,- measuring channel health monitoring systems,

- избыточного измерителя (второго датчика угла крена) и фильтра формирования оценки угла крена,- an excess meter (second roll angle sensor) and a filter for forming a roll angle estimate,

- блока диагностики с коммутацией каналов формирования оценки среднего значения угла крена, что приводит к повышению точности стабилизации, также и к снижению загрузки исполнительных органов (в условиях сильного морского волнения).- a diagnostic unit with switching channels for forming an estimate of the average value of the angle of heel, which leads to an increase in the stabilization accuracy, and also to a decrease in the load of the executive organs (in conditions of strong sea waves).

Способ отказоустойчивого умерения крена судна на подводных крыльяхMethod for fail-safe moderate roll of hydrofoil

В способе умерения крена судна на подводных крыльях используют блок датчиков углов поворота закрылков δпр (правого борта), δлев (левого борта), датчик угла крена θ1, блок дифференцирования, блок приводов закрылков δпр и δлев, блок регуляторов (сумматоров), на входы которого вводят сигналы:In the method of damping the roll of a hydrofoil vessel, a flap angle sensor unit δ pr (starboard), δ lion (starboard), a roll angle sensor θ 1 , a differentiation unit, a flap drive unit δ pr and δ lion , a control unit (adders) are used ), the inputs of which introduce signals:

- отклонения углов закрылков δпр (правого борта) и δлев (левого борта),- deviations of the flap angles δ pr (starboard) and δ lion (starboard),

- производной от оценки угла крена d/dtθ.- the derivative of the roll angle d / dtθ.

На выходе блока регуляторов формируют сигналы управления углом поворота закрылков δпр и δлев, которые вводят в блок приводов закрылков δпр (правого борта) и δлев (левого борта). Для достижения предложенного технического результата используют: датчик скорости хода судна V (осуществляющий перестройку параметров математической модели углового движения суда, входящей в структуру фильтра формирования оценок угла крена), (второй) датчик угла крена θ2, блок среднего значения оценки угла крена θср, два блока диагностики оценки угла крена θ1, θ2 и два фильтра формирования оценок угла крена θ1 и θ2. На первый и второй входы обоих фильтров формирования оценки угла крена θ1 и θ2 соответственно вводят сигналы:At the output of the block of controllers, control signals for the angle of rotation of the flaps δ pr and δ lion are introduced, which are introduced into the block of flap drives δ pr (starboard) and δ lion (starboard). To achieve the proposed technical result, use is made of a vessel speed sensor V (realigning the parameters of the mathematical model of the angular motion of the vessel included in the filter structure for the formation of heel angle estimates), (second) heel angle sensor θ 2 , a block of average heel angle estimation θ sr , two blocks for diagnosing roll angle estimates θ 1 , θ 2 and two filters for forming roll angle estimates θ 1 and θ 2 . The first and second inputs of both filters of the formation of an angle estimate of the roll angle θ 1 and θ 2 respectively enter the signals:

- отклонения углов закрылков δпр и δлев (c блока датчиков углов поворота закрылков δпр, δлев),- deviations of the flap angles δ pr and δ lion (c block of sensors for the angle of rotation of the flaps δ pr , δ lion ),

- скорости хода корабля - V (с датчика скорости хода судна).- ship speed - V (from the ship's speed sensor).

На третий вход фильтра формирования оценки угла крена θ1 вводят сигнал угла крена θ1 (с датчика угла крена θ1).The third shaping filter bank angle estimates θ 1 input administered roll angle signal θ 1 (a roll angle sensor θ 1).

На третий вход фильтра формирования оценки угла крена θ2 вводят сигнал (второго) угла крена θ2 (с (второго) датчика угла крена θ2). (В фильтрах оценки угла крена θ1 и θ2 формируют оценки угла крена θ1 и θ2, по методу Калмановской фильтрации, с использованием моделей углового движения судна по углу крена.)The third shaping filter bank angle estimates θ 2 input signal is introduced (second) roll angle θ 2 (with the (second) sensor roll angle θ 2). (B filters estimates the roll angle θ 1 and θ 2 forming roll angle estimates θ 1 and θ 2, the method of Kalman filtering using the vessel angular motion models roll angle).

На вход блока диагностики θ1 вводят сигналы:The input of the diagnostic unit θ 1 introduces signals:

- угла крена в θ1 с датчика угла крена θ1),- roll angle in θ 1 with a roll angle sensor θ 1 ),

- оценки угла крена θ1 (с выхода фильтра оценки угла крена θ1).- estimates of the angle of heel θ 1 (from the output of the filter estimates of the angle of heel θ 1 ).

На вход блока диагностики θ2 вводят сигналы:The input of the diagnostic unit θ 2 enter the signals:

- угла крена θ2 (с датчика угла крена θ2),- roll angle θ 2 (with a roll angle sensor θ 2 ),

- оценки угла крена θ2 (с выхода фильтра оценки угла крена θ2).- estimates of the angle of heel θ 2 (from the output of the filter estimates the angle of heel θ 2 ).

В двух блоках диагностики θ1 информируют сигналы модулей разности: |θ11| и |θ22| (которые используют для формирования сигнала сбоя в линии выработки оценки угла крена θ1 или в линии выработки оценки (второго) угла крена θ2, в соответствии с условием (2а или 2б)).In two diagnostic blocks θ 1 inform the signals of the difference modules: | θ 11 | and | θ 22 | (which are used to generate a failure signal in the line for generating an estimate of the angle of heel θ 1 or in the line for generating estimates of the (second) angle of heel θ 2 , in accordance with condition (2a or 2b)).

1. В нормальных условия плавания (сбои отсутствуют) в блоках диагностики удовлетворяется условие (2):1. In normal swimming conditions (there are no failures) in the diagnostic blocks, condition (2) is satisfied:

| θ 1 θ 1 | < C 1  и  | θ 2 θ 2 | < C 1             ( 2 ) ,

Figure 00000003
| | | θ one - θ one | | | < C one and | | | θ 2 - θ 2 | | | < C one ( 2 ) ,
Figure 00000003

где θ1 и θ2 - углы крена, поступающие с датчика крена θ1 и датчика крена θ2,where θ 1 and θ 2 are the roll angles coming from the roll sensor θ 1 and the roll sensor θ 2 ,

θ1 и θ2 - оценки угла крена, поступающие с фильтра оценки угла крена θ1 и с фильтра оценки угла крена θ2,θ 1 and θ 2 are the roll angle estimates received from the roll angle estimation filter θ 1 and from the roll angle estimation filter θ 2 ,

С1 - постоянная, устанавливается судоводителем.C 1 - constant, set by the skipper.

Сигналы θ1 и θ2 - оценки угла крена (при выполнении условия (2)) вводят с двух блоков диагностики θ1 и θ2 в блок среднего значения оценки угла крена. В блоке среднего значения оценки угла крена формируют среднее значение оценки угла крена:Signals θ 1 and θ 2 - estimates of the angle of heel (if condition (2) is fulfilled) are input from two diagnostic blocks θ 1 and θ 2 into the block of the average value of the estimate of the angle of heel. In the block of the average value of the assessment of the angle of heel form the average value of the assessment of the angle of heel:

θср=(θ12)/2.θ cf = (θ 1 + θ 2 ) / 2.

Сигнал среднего значения оценки угла крена θср из блока среднего значения оценки угла крена θср вводят на вход блока регуляторов и на вход блока дифференцирования. На выходе блока регуляторов формируют сигналы управления δпр.зд (1б) и δлев.зд (1в):The signal of the average value of the estimate of the angle of roll θ cf from the block of the average value of the estimate of the angle of roll θ cp is input to the input of the control unit and to the input of the differentiation unit. At the output of the block of regulators, control signals are formed: δ pr.zd (1b) and δ lev.zd (1c):

d / d t δ п р . з д = + К 1 θ с р + К 2 d / d t θ с р К 3 δ п р            ( ) ,

Figure 00000004
d / d t δ P R . s d = + TO one θ from R + TO 2 d / d t θ from R - TO 3 δ P R ( 1b ) ,
Figure 00000004

d / d t δ л е в . з д = К 1 θ с р К 2 d / d t θ с р К 3 δ л е в           ( ) ,

Figure 00000005
d / d t δ l e at . s d = - TO one θ from R - TO 2 d / d t θ from R - TO 3 δ l e at ( 1c ) ,
Figure 00000005

где θср., - сигнал оценки среднего значения угла крена (с выхода блока среднего значения оценки угла крена),where θ cf. , - signal for estimating the average value of the angle of heel (from the output of the block of the average value of estimating the angle of heel),

δпр, δлев - сигналы угла отклонения закрылков (с выхода блока датчиков углов поворота закрылков),δ pr , δ lion - flap deflection angle signals (from the output of the flap angle sensor block),

δпр.зд, δлев.зд - сигналы заданного угла отклонения закрылков (с выхода блока регуляторов вводят на вход блока приводов закрылков),δ pr.zd , δ lev.zd - signals of a given angle of deflection of the flaps (from the output of the block of regulators are input to the input of the block of actuators of the flaps),

К1, К2, К3 - коэффициенты регулирования.K 1 , K 2 , K 3 - regulation coefficients.

Сигналы d/dt δпр.зд, d/dt δлев.зд из блока регуляторов вводят в блок приводов закрылков, при этом формируется закон автоматического умерения крена судна (1б), (1в), с использованием закрылков.Signals d / dt δ pr.zd , d / dt δ lev.zd from the control unit are introduced into the flap drive unit, and the law of automatic dimming of the ship's roll (1b), (1c) is formed using the flaps.

2. В случае если произошел сбой в системе умерения угла крена - удовлетворяется условие (2а) (условие (2) не удовлетворяется):2. In the event of a malfunction in the roll angle damping system, condition (2a) is satisfied (condition (2) is not satisfied):

| θ 1 θ 1 | C 1  и  | θ 2 θ 2 | > C 1             ( 2a )

Figure 00000006
| | | θ one - θ one | | | C one and | | | θ 2 - θ 2 | | | > C one ( 2a )
Figure 00000006

Сигнал оценки угла крена θ2 с выхода блока диагностики θ2 отключают от блока среднего значения оценки угла крена. (Сигнал оценки угла крена θ1 с выхода блоке диагностики θ1 подключен к входу блока среднего значения оценки угла крена.) В блоке среднего значения оценки угла крена формируют среднее значение оценки угла крена:The roll angle estimation signal θ 2 from the output of the diagnostic unit θ 2 is disconnected from the average roll angle estimation value block. (The roll angle estimation signal θ 1 from the output of the diagnostic unit θ 1 is connected to the input of the roll angle average value block.) The roll angle average value form the average roll angle estimate value:

θср1.θ cf = θ 1 .

Сигнал θср из блока среднего значения оценки угла крена поступает на вход блока регуляторов, где формируют сигналы управления которые вводят в блок приводов закрылков δпр.зд (привод правого закрылка (1б)) и δлев.зд (привод левого закрылка (1в)).The signal θ cf from the block of the average value for estimating the angle of the angle is fed to the input of the block of controllers, where control signals are generated that enter into the block of flap drives δ av. Drive (drive of the right flap (1b)) and δ lev.zd (drive of the left flap (1c) )

Сигналы δпр.зд, δлев.зд из блока регуляторов вводят в блок приводов закрылков, при этом формируется закон автоматического умерения крена судна (1б), (1в), с использованием закрылков.Signals δ pr.zd , δ lev.zd from the control unit are introduced into the flap drive unit, while the law of automatic dipping of the ship's roll (1b), (1c) is formed using the flaps.

3. В случае если произошел сбой в системе умерения угла крена - удовлетворяется условие (2б) (условие (2) и условие (2а) не удовлетворяются):3. In the event of a malfunction in the roll angle damping system, condition (2b) is satisfied (condition (2) and condition (2a) are not satisfied):

| θ 1 θ 1 | > C 1  и  | θ 2 θ 2 | C 1             ( )

Figure 00000007
| | | θ one - θ one | | | > C one and | | | θ 2 - θ 2 | | | C one ( 2b )
Figure 00000007

Сигнал оценки угла крена δ1 (в блоке диагностики θ1) отключают от блока среднего значения оценки угла крена. (Выходной сигнал оценки угла крена θ2 в блоке диагностики θ2 подключен к входу блока среднего значения оценки угла крена.) В блоке среднего значения оценки угла крена формируют среднее значение оценки угла крена:The roll angle estimation signal δ 1 (in the diagnostic unit θ 1 ) is disconnected from the average roll angle estimation value block. (The output signal of the roll angle estimate θ 2 in the diagnostic unit θ 2 is connected to the input of the roll angle average value block.) The roll angle average value form the average roll angle estimate value:

θср2.θ cf = θ 2 .

Сигнал θср из блока среднего значения оценки угла крена поступает на вход блока регуляторов, где формируют сигналы управления, которые вводят в блок приводов закрылков δпр.зд (привод правого закрылка (1б)) и δлев.зд (привод левого закрылка (1в)).The signal θ cf from the block of the average value of the estimation of the angle of the angle is fed to the input of the block of controllers, where control signals are generated that are introduced into the block of flap drives δ av. Drive (drive of the right flap (1b)) and δ lev.zd (drive of the left flap (1c )).

Отказоустойчивая система умерения крена судна на подводных крыльях (см чертеж)Fail-safe system of moderate roll of the hydrofoil (see drawing)

Рассмотрим отказоустойчивую систему умерения крена судна на подводных крыльях, реализованную в соответствии с предложенным способом (см. чертеж).Consider the fail-safe system of moderate roll of a hydrofoil vessel, implemented in accordance with the proposed method (see drawing).

На чертеже приведена блок-схема отказоустойчивой системы умерения крена судна на подводных крыльях. Система содержит: блок датчиков углов поворота закрылков δпр, δлев - 1, датчик угла крена θ1 - 2, датчик (второго) угла крена в θ2 - 3, блок привода закрылков δпр, δлев - 4, блок регуляторов δпр, δлев - 5, блок дифференцирования - 6, фильтр оценки угла крена θ1 - 7, фильтр оценки угла крена θ2 - 8, датчик скорости хода V - 9, блок диагностики оценки угла крена θ1 - 10, блок диагностики оценки угла крена θ2 - 11, блок среднего значения оценки угла крена - 12, объект управления - судно.The drawing shows a block diagram of a fail-safe system for moderate roll of a hydrofoil ship. The system contains: a block of flap angle sensors δ pr , δ lion - 1, a roll angle sensor θ 1 - 2, a (second) roll angle sensor in θ 2 - 3, a flap drive unit δ pr , δ lion - 4, a block of regulators δ pr , δ lev - 5, differentiation unit - 6, roll angle estimation filter θ 1 - 7, roll angle estimation filter θ 2 - 8, travel speed sensor V - 9, diagnosis unit for roll angle estimation θ 1 - 10, assessment diagnostic unit the angle of heel θ 2 - 11, the block average value estimates of the angle of heel - 12, the control object is the vessel.

При построении такой системы могут использоваться серийно выпускаемые датчики углов поворота с точностью измерения не хуже 1,5%, штатные привода горизонтальных закрылков, измерители скорости хода судна. Фильтр оценок угла крена с электронной динамической моделью углового поворота судна по крену, блоки диагностики оценок угла крена и блок регуляторов могут быть реализованы с применением элементов аналоговой или цифровой вычислительной техники.When constructing such a system, commercially available rotation angle sensors with a measurement accuracy of at least 1.5%, standard horizontal flap drives, and ship speed meters can be used. Filter roll angle estimates with an electronic dynamic model of the angular rotation of the vessel along the roll, blocks for diagnosing roll angle estimates and the block of regulators can be implemented using elements of analog or digital computer technology.

Система умерения крена судна на подводных крыльях позволяет снизить бортовую качку судна, не приводя к существенной перегрузке приводов закрылков. Облегченный режим работы приводов закрылков даже при сильном волнении на море достигается благодаря использованию в законах стабилизации (1б), (1в) сигнала оценки среднего угла крена - θ.The moderation of the roll of the hydrofoil vessel reduces the side roll of the vessel, without leading to a significant overload of the flap drives. The facilitated mode of operation of the flap drives even with strong waves at sea is achieved by using the signal for estimating the average angle of heel θ in the laws of stabilization (1b), (1c).

Фильтры оценки угла крена содержат электронную динамическую модель углового поворота судна по крену - 7, 8. Для формирования сигналов оценки угла крена на вход фильтров 7, 8 вводят сигналы:Filters for assessing the angle of heel contain an electronic dynamic model of the angular rotation of the vessel along the bank - 7, 8. To generate signals for estimating the angle of heel, the following signals are input to the input of filters 7, 8:

- углов закрылков δпр, δлев из блока датчиков углов поворота закрылков - 1,- flap angles δ pr , δ lion from the block of flap angle sensors - 1,

- скорости хода - V с выхода датчика скорости судна - 9 (для корректировки параметров электронной динамическая модель углового поворота судна по крену,- cruising speed - V from the output of the ship's speed sensor - 9 (to adjust the parameters of the electronic dynamic model of the angular rotation of the vessel along the roll,

- угла крена - θ (измеренного) с выхода датчика угла крена - 2 (подключен только на вход фильтра оценки угла крена θ2 - 7),- roll angle - θ (measured) from the output of the roll angle sensor - 2 (only connected to the input of the roll angle estimation filter θ 2 - 7),

- угла крена - θ (измеренного) с выхода датчика угла крена - 3 (подключен только на вход фильтра оценки угла крена - θ1 - 8).- roll angle - θ (measured) from the output of the roll angle sensor - 3 (only connected to the input of the roll angle estimation filter - θ 1 - 8).

К первому входу блока диагностики - 10 подключен выход датчика угла крена - 2, а к второму - выход фильтра - 7 для формирования модуля разности сигналов |θ11|.The output of the roll angle sensor - 2 is connected to the first input of the diagnostic unit - 10, and the filter output - 7 is connected to the second input to form the signal difference module | θ 11 |.

К первому входу блока диагностики - 11 подключен выход датчика угла крена - 3, а к второму - выход фильтра - 8 для формирования модуля разности сигналов |θ22|.The output of the roll angle sensor - 3 is connected to the first input of the diagnostic unit - 11, and the filter output - 8 is connected to the second input to form the signal difference module | θ 22 |.

С выходов блоков диагностики 10 и 11 модули сигналов: |θ11| и |θ2 θ2| вводят в блок среднего значения оценки угла крена - 12, где:From the outputs of the diagnostic blocks 10 and 11, the signal modules: | θ 11 | and | θ 2 θ 2 | enter into the block of the average value of the angle of heel - 12, where:

- при удовлетворении зависимости (2), среднее значение оценки угла крена будет- if dependence (2) is satisfied, the average value of the roll angle estimate will be

θср.=(θ12)/2,θ cf. = (θ 1 + θ 2 ) / 2,

- при удовлетворении зависимости (2а) среднее значение оценки угла крена будет- if dependence (2a) is satisfied, the average value of the roll angle estimate will be

θср1,θ cf = θ 1 ,

- при удовлетворении зависимости (2б) среднее значение оценки угла крена будет- if dependence (2b) is satisfied, the average value of the roll angle estimate will be

θср2,θ cf = θ 2 ,

Среднее значение оценки угла крена - θср с выхода блока среднего значения оценки угла крена - 12 поступает на вход блока регуляторов - 5 и на вход блока дифференцирования. При этом в блоке приводов закрылков - 4 формируется закон управления:The average value of the estimate of the angle of heel - θ cf from the output of the block the average value of the estimate of the angle of heel - 12 is fed to the input of the block of regulators - 5 and to the input of the differentiation block. At the same time, the control law is formed in the block of flap drives - 4:

- правыми закрылками в соответствии с зависимостью (1б),- right flaps in accordance with the dependence (1b),

- левыми закрылками в соответствии с зависимостью (1в).- left flaps in accordance with the dependence (1B).

Claims (1)

Способ отказоустойчивого умерения крена судна на подводных крыльях, в котором используют: блок датчиков углов поворота закрылков δпр, δлев, датчик угла крена θ1, блок дифференцирования, блок приводов закрылков δпр, δлев, блок регуляторов, на входы которого вводят сигналы:
- отклонения углов закрылков δпр и δлев (из блока датчиков углов поворота закрылков δпр, δлев);
- производной оценки угла крена d/dtθ (из блока дифференцирования),
отличающийся тем, что используют: датчик скорости хода судна V, датчик угла крена θ2, два блока диагностики оценки угла крена θ 1, θ 2 и два фильтра оценки угла крена θ 1, θ 2, на первые входы которых вводят сигналы:
- отклонения углов закрылков δпр и δлев (с блока датчиков углов поворота закрылков δпр. и δлев.);
- скорости хода судна V (с датчика скорости хода судна);
на второй вход фильтра оценки угла крена фильтра θ 1 вводят сигнал угла крена - θ1 (с датчика угла крена θ1), на второй вход фильтра оценки угла крена θ 2 вводят сигнал угла крена - θ2 (с датчика угла крена θ2), в двух фильтрах оценки угла крена θ 1 и θ 2 формируют оценки угла крена θ 1 и соответственно θ 2, которые вводят соответственно на первые входы двух блоков диагностики оценки угла крена θ 1 и θ 2, на второй вход блока диагностики оценки угла крена θ 1 вводят сигнал оценки угла крена θ 1 (с выхода фильтра оценки угла крена θ 1) и формируют модуль разности |θ1-θ 1|, на второй вход блока диагностики оценки угла крена θ 2 вводят сигнал оценки угла крена θ 2 (с выхода фильтра оценки угла крена θ 2) и формируют модуль разности |θ2-θ 2|, из двух блоков диагностики оценки угла крена θ 1 и θ 2 вводят в блок среднего значения оценки угла крена θ 1 и θ 2, в блоке среднего значения оценки угла крена θ ср формируют сигнал среднего значения оценки угла крена путем выбора одного из трех возможных условий (2), или (2а), или (2б):
1-θ 1|<С1 и |θ2-θ 2|<С1 (2),
1-θ 1|≤С1 и |θ2-θ 2|>С1 (2а),
1-θ 1|>С1 и |θ2-θ 2|≤С1 (2б),
при удовлетворении условия (2) формируют сигнал среднего значения оценки угла крена:
θ ср=(θ 1+θ 2)/2,
при удовлетворении условия (2а) формируют сигнал среднего значения оценки угла крена:
θср1,
при удовлетворении условия (2б) формируют сигнал среднего значения оценки угла крена:
θ ср=θ 2 ,
сигнал среднего значения оценки угла крена - θ ср из блока среднего значения оценки угла крена водят на вход блока регуляторов и блока дифференцирования, в блоке регуляторов формируют закон стабилизации угла крена:
d/dt δпр.зд=К1 θ ср + К2 d/dtθ ср - К3 d/dt δпр (1б),
d/dt δлев.зд=-К1 θ ср - К2 d/dtθ ср - К3 d/dt лев (1в),
где: θ ср - сигнал оценки среднего значения угла крена,
δпр.зд, δлев.зд - сигналы заданного угла поворота правого и левого закрылка,
сигналы d/dt δпр.зд, d/dt δлев.зд вводят на вход блока приводов закрылков,
K1, К2, К3 - коэффициенты регулирования,
сигналы d/dt δпр.зд и d/dt δлев.зд с выхода блока регуляторов вводят на вход блока приводов закрылков δпр.зд, δлев.зд для обеспечения автоматического умерения крена судна на подводных крыльях.
A method of fail-safe moderate roll of a hydrofoil vessel, in which they use: a block of flap angle sensors δ pr , δ lion , a roll angle sensor θ 1 , a differentiation unit, a block of flap drives δ pr , δ lion , a block of regulators, to the inputs of which signals are input :
- deviations of the flap angles δ pr and δ lion (from the block of flap angle sensors δ pr , δ lion );
- the derivative of the roll angle d / dt θ (from the differentiation unit),
characterized in that it uses: a vessel speed sensor V, a roll angle sensor θ 2 , two diagnosis units for estimating a roll angle θ 1 , θ 2, and two roll angle estimation filters θ 1 , θ 2 , to the first inputs of which signals are input:
- deviations of the flap angles δ pr and δ lev (from the block of sensors for the angle of rotation of the flaps δ pr and δ lev. );
- vessel speed V (from the vessel speed sensor);
the second input of the filter estimates the angle of roll filter θ 1 signal input roll angle - θ 1 (a roll angle sensor θ 1), the second input roll angle estimating filter θ 2 injected signal roll angle - θ 2 (a roll angle sensor θ 2) , two filters estimates the roll angle θ 1 and θ 2 formed assessment roll angle θ 1 and respectively θ 2 which is introduced respectively to the first inputs of two diagnostic units bank angle estimates θ 1 and θ 2 to a second input diagnostic evaluation θ bank angle block 1 is introduced heeling angle θ estimation signal 1 (output from filter bank angle estimates θ 1) and form a module pa NOSTA | θ 1 - θ 1 |, the second input roll angle estimating diagnostic block θ 2 is introduced heeling angle estimation signal θ 2 (output from the roll angle estimation filter θ 2) and form a modulus of the difference | θ 2 - θ 2 |, the two of the roll angle diagnosis diagnosis blocks θ 1 and θ 2 are inputted into the roll angle mean value estimation unit θ 1 and θ 2 , in the roll angle average value estimation unit θ cp , a roll angle average value signal is generated by selecting one of three possible conditions (2) , or (2a), or (2b):
| θ 1 - θ 1 | <C1 and | θ 2 - θ 2 | <C1 (2),
| θ 1 - θ 1 | ≤C1 and | θ 2 - θ 2 |> C1 (2a),
| θ 1 - θ 1 |> C1 and | θ 2 - θ 2 | ≤C1 (2b),
when conditions (2) are satisfied, a signal of the average value of the roll angle estimate is generated:
θ cf = ( θ 1 + θ 2 ) / 2,
when conditions (2a) are satisfied, a signal of the average value of the roll angle estimate is generated:
θ cf = θ 1 ,
when conditions (2b) are satisfied, they form a signal of the average value of the roll angle estimate:
θ cf = θ 2 ,
the signal of the average value of the estimate of the angle of heel - θ cf from the block of the average value of the estimate of the angle of heel is led to the input of the block of regulators and the differentiation block, in the block of regulators form the law of stabilization of the angle of heel:
d / dt δ pr.sd = K1 θ sr + K2 d / dt θ sr - K3 d / dt δ pr (1b),
d / dt δ lev.zd = -K1 θ cf - K2 d / dt θ cf - K3 d / dt lion (1c),
where: θ cf - signal estimates the average value of the angle of heel,
δ pr.zd , δ lev.zd - signals of a given angle of rotation of the right and left flap,
the signals d / dt δ pr.zd , d / dt δ lev.zd are input to the block of flap drives,
K 1 , K 2 , K 3 - regulation factors,
the signals d / dt δ pr.zd and d / dt δ lev.zd from the output of the regulator block are inputted to the input of the block of flap drives δ pr.zd , δ lev.zd to ensure automatic heeling of the hydrofoil.
RU2013109148/11A 2013-03-01 2013-03-01 Hydrofoil ship faultless careen abatement RU2531999C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013109148/11A RU2531999C1 (en) 2013-03-01 2013-03-01 Hydrofoil ship faultless careen abatement

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013109148/11A RU2531999C1 (en) 2013-03-01 2013-03-01 Hydrofoil ship faultless careen abatement

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013109148A RU2013109148A (en) 2014-09-10
RU2531999C1 true RU2531999C1 (en) 2014-10-27

Family

ID=51539754

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013109148/11A RU2531999C1 (en) 2013-03-01 2013-03-01 Hydrofoil ship faultless careen abatement

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2531999C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1991006466A1 (en) * 1989-11-03 1991-05-16 Sspa Maritime Consulting Ab Roll damping system
RU2223197C1 (en) * 2003-03-31 2004-02-10 Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН Ship motion automatic control equipment
RU55734U1 (en) * 2006-04-05 2006-08-27 Олег Иванович Сидоренко TRAFFIC MANAGEMENT SYSTEM FOR SPEED VESSELS

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1991006466A1 (en) * 1989-11-03 1991-05-16 Sspa Maritime Consulting Ab Roll damping system
RU2223197C1 (en) * 2003-03-31 2004-02-10 Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН Ship motion automatic control equipment
RU55734U1 (en) * 2006-04-05 2006-08-27 Олег Иванович Сидоренко TRAFFIC MANAGEMENT SYSTEM FOR SPEED VESSELS

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013109148A (en) 2014-09-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2951656B1 (en) Stabilized directional control systems and methods
Alessandri et al. Fault detection of actuator faults in unmanned underwater vehicles
RU2515947C1 (en) Device for aerodynamic coefficient estimation and device for detection of failure/damage of control surface
EP2952994A1 (en) System and method for dynamic positioning
DE102016215601A1 (en) The vehicle steering control device
US20160201641A1 (en) Underwater device and method for controlling posture of underwater device
Xiong et al. Research on data driven adaptive berthing method and technology
CN105785974B (en) A kind of course fault-tolerant control system towards drive lacking Autonomous Underwater Vehicle
WO2014047578A1 (en) Determination and tracking of centripetal acceleration and acceleration-based velocity
CN103935482A (en) Automatic navigation control system improving seakeeping performance of ship
DE2245166C3 (en) Automatic arrangement for dynamic maintenance of the position and for controlling a watercraft or underwater vehicle
CN106597838A (en) Device and method for controlling steering engine
US20080065292A1 (en) Security Strategies for an Active Front Steer System
WO2022157108A1 (en) Method and device for ascertaining the speed of a pedal cycle
RU2531999C1 (en) Hydrofoil ship faultless careen abatement
Ertogan et al. Marine measurement and real-time control systems with case studies
CN106470888B (en) The supply voltage diagnostic device of electric power-assisted steering apparatus
DE102016114366A1 (en) FAILSAFE IMU SYSTEM REDUCED ORDER FOR ACTIVE SAFETY APPLICATION
CN108508873A (en) The submarine rudder system fault diagnosis and fault tolerant control method of ultrasonic wave auxiliary detection
CN109343507A (en) A kind of fault detection and shielding system and method
SE2150582A1 (en) Method and controller unit for controlling motion of a hydrofoil watercraft
RU2432297C1 (en) Method of fault-tolerant automatic control of navigation
EP3270091B1 (en) Method and device for controlling the position of a platform which can be pivoted around three axes with a target tracking device
CN113505345B (en) Marine liquid level anomaly detection method and system and storage medium
RU2492105C1 (en) Method of ship control with compensation of disturbances

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180302